Optimización del diseño de reactancias de aislamiento seco con nucleo de aire para limitación de corrientes de cortocircuito

Abstract

El objeto de este proyecto es el desarrollo e implantación en ordenador de un procedimiento automatizado de diseño de una reactancia de aislamiento seco con núcleo de aire para limitación de corrientes de cortocircuito. El procedimiento de diseño que ha sido adoptado difiere sustancialmente del enfoque tradicional (p.e.: partir de un modelo inicial por compa ración con dispositivos existentes simlares y luego ajustar empíricamente sus parámetros hasta conseguir un diseño satisfactorio). En este proyecto el diseño está basado en modelos matemáticos detallados de cada uno de los aspectos fundamentales constitutivos del dispositivo a diseñar: geometría, funciona miento eléctrico, calentamiento y esfuerzos mecánicos. Estos modelos constan de relaciones constitutivas (ecuaciones) que relacionan entre si a los parámetros de diseño. Las especificaciones funcionales, las restricciones de diseño y funcionamiento y la función de mérito completan el modelo. La función de mérito tiene por finalidad el permitir al diseñador la especificación de las características deseables para el modelo. Un algoritmo de programación matemática permite la obtención automatizada del diseño óptimo, esto es, del diseño que, ajustándose a los modelos y satisfaciendo las restricciones impuestas, alcanza el máximo valor posible de la función de mérito. La máquina que se ha pretendido diseñar es una reactancia para limitación de la corriente de cortocircuito. La utilización de este tipo de reactancias se debe a la siguiente razón: a medida que los sistemas eléctricos han ido ganando en tamaño y complejidad, las potencias de cortocircuito han experimentado un gran aumento, dándo se el caso de ocasiones en las que la potencia de corte de interruptores instalados en líneas o embarrados es inferior a la potencia de falta. Si se quiere limitar la intensidad que circula por la red en caso de falta, para que así pueda funcionar el interruptor, se intercalan estas reactancias en determinados puntos de la red. Las características que ha de cumplir una reactancia de este tipo son: a) La reactancia ha de ser diseñada de manera que su efectividad no decrezca cuando se produzca la intensidad de falta, esto implica independencia entre el valor de la reactancia (X 1 ) y la intensidad (I). El método de diseño ha de incluir procedimientos para determinar la distribución de corrientes y los valores de x1 para una determina da configuración geométrica de los arrollamientos de la reactancia. b) Otro aspecto a te ner en cuenta es el comportamiento térmico de los arrollamientos. En la reactancia, al estar conectada en serie con la red, habrá unas pérdidas , estas pérdidas provocan un calentamiento de los arrollamientos. Es necesario , pues , conocer las temperaturas que se alcanzarán en los arrollamientos pues si son muy elevadas, estos se deteriorarán. Por otra parte al producirse la falta las pérdidas se incrementarán proporcionalmente con el cuadrado de la intensidad. Como el arrollamiento no puede disipar esas pérdidas instantáneamente , esto provoca incrementos de temperatura que pueden ser muy peligrosos en algunos puntos. c) Un último aspecto que se contempla , es el comportamiento mecánico de los arrollamientos frente a intensidades de falta, pues las intensidades tan elevadas que se producen en el momento de la a vería provocan un incremento muy notable en las fuerzas que actúan sobre los arrolla mientes . Es tos esfuerzos serán tanto de tipo axial como radial y una vez determinados hay que comprobar que sus efectos no son destructivos para la máquina. El realizar un diseño que contemple los apartados a), .b) y c) y que además sea capaz de optimizar respecto a una especificación dada por el cliente sugiere un procedimiento de diseño distinto del tradicionalmente empleado para máquinas eléctricas. En el caso del presente proyecto, se trata de diseñar una máquina de la que existe una demanda limitada en el mercado y que por lo general se suele fabricar bajo encargo, es decir, se fabrica a la medida para cada cliente. Además al disponer de una poderosa herramienta de cálculo como es el ordenador, se ti~ nen los medios necesarios para plantear el problema desde un punto de vista más elevado y siguiendo un proceso lógico más riguroso. Básicamente el procedimiento empleado en el proyecto consiste en partir de una serie de parámetros básicos de la reactancia llamados variables independientes con las cuales, siguiedo un proceso de cálculo más o menos complicado se obtiene un diseño que hay que evaluar con respecto a la característica a optimizar, mejorando este diseño con algún proceso sistemático . Todo este proceso está descrito en el proyecto de la siguiente manera: Los modelos magnético, térmico y mecánico (apdos. a) ,b) y e)) están recogidos en los anejos II, III y IV respectivamente. La técnica de optimización se describe en el anejo V y el modelo global de diseño se refleja en el anejo I. Presentándose el programa de ordenador resultante en el anejo VI . El coste del presente proyecto asciende a: 6.732.800 Ptas .